基于MSP430F149的水稻插秧機水平智能控制系統

摘要：以超低功耗微處理器MSP430F149為核心，設計一種水稻插秧機的水平智能控制系統。該控制系統實現對插植部位置的實時、有效控制，保證插植部的傾角范圍控制在±4°以內。介紹了系統的組成結構、軟硬件設計及結果分析。實驗證明該控制系統可靠性高、移植能力強，可控制的角度范圍在±45°以內，可方便應用于各種智能控制插秧機。
關鍵詞：MSP4310F149；插秧機；水平控制；智能控制；農業機械

隨著我國農業機械化、智能化的發展，對農業機械的要求越來越高。傳統的插秧機工作時，插秧深度位于同一水平面，當遇到田地低陷時，秧苗的入土深度就會減少，反之，當田土抬高時，秧苗的入土深度就會增加，在一定程度上會影響秧苗的存活率。因此需要一個控制系統，使插秧機的機身相對支撐的高度隨田地的起伏做相應調整，控制插秧臂的工作高度，使秧苗的根部進入泥土的深度基本保持一致。為此，這里設計了一種基于MSP430F149單片機的水稻插秧機水平智能控制系統，該系統可以在插秧機工作過程中實時調整控制插植部的水平高度，即使行走傾斜，但依靠傾斜角度傳感器感應也能夠保持插植部的水平。

1 系統整體方案設計
該系統設計的主要目的是保證水稻插秧機在工作過程中的插秧質量。在插秧機行走過程中，當插植部偏離水平位置，傾斜角傳感器感應后，信息以模擬信號形式發送給單片機，單片機會根據偏離程度，向電機控制器發送命令，來控制水平調整電機實現復位調整，使插植部保持水平，保證插秧質量。該控制系統主要由傾斜角度傳感器、單片機MSP430F149系統、控制器、執行電機等4部分構成。圖l為系統整體設計框圖。

單片機MSP430F149作為核心部件，具有片內集成的12位A／D轉換模塊，將傾斜角度傳感器所測得的插植部水平角度信號送入MSP430F149進行A／D轉換、處理和存儲并通過RS232通訊接口發送相應的控制命令。傾斜角度傳感器要盡量安裝在使其敏感軸與插秧部的旋轉軸垂直，以保證傳感器工作在最佳的狀態。其測量范圍為±45°，輸入直流電壓8～24 V，輸出直流電壓0～5V，水平位置為基準參考位置，基準輸出電壓為2．5V。輸出電壓與測量角度的變化是標準的線性關系，即每1°的變化將引起直流輸出電壓56 mV的變化。
控制器采用高達32位的硬件PID器件，能完美實現對直流電機的位置與速度控制，其所有的配置參數(驅動模式、輸入／輸出設置等)及濾波參數都可以通過RS232口輸入并保存在運動控制器的內置存儲器(EEPROM)中，易于編程，同時該控制器還具備體積小巧，易于安裝，連接靈活等顯著特點。電機采用RE40系列直流電機，是一種高質量的驅動元件，它裝有高性能的稀土磁鋼，專利的空芯杯轉子是電機的核心，這使得電機具備小體積、低慣量的顯著特性，電機額定轉速能達到6930 r／min，額定扭矩為0．17 N?m，借助于精密的齒輪箱，可獲得更寬的轉矩范圍，外置HEDL5540編碼器，編碼器分辨率是500線。由于電機安裝位置有限，減速電機部分采用的是渦輪蝸桿減速電機，減速比為50：1，這樣電機扭矩可放大至8.5 N?m，完全能夠帶動插植部。